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Thermische Verfahren

Wärmetransfer, schnell und schonend

| Redakteur: Meike Herkersdorf

Wenn schnelle Temperaturänderungen gefordert sind, kommen konventionellen Beheizungssystemen an der Außenseite eines Druckbehälters – wie Halbrohrschlange oder Doppelmantel – schnell an ihre Grenzen. Doch es gibt Alternativen...

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Der WTP-Innenmantel lässt sich durch die Aufweitung und optimale Flüssigkeitseinleitung so gestalten, dass beim Kühlwasser ein hoher Wärmeübergangskoeffizient und bei großen Durchflussmengen ein geringer Druckverlust entsteht.
Der WTP-Innenmantel lässt sich durch die Aufweitung und optimale Flüssigkeitseinleitung so gestalten, dass beim Kühlwasser ein hoher Wärmeübergangskoeffizient und bei großen Durchflussmengen ein geringer Druckverlust entsteht.
(Bild: Lob )

Der Reaktionsablauf kann im Chargenbetrieb in Rührwerksbehältern sehr empfindlich auf Temperaturänderungen und die Verweilzeit reagieren. Beim Start wird beispielsweis der Druckbehälter mit Reaktionspartnern befüllt. Benötigt der Prozess zunächst Aktivierungsenergie muss der Inhalt beheizt, danach im Verlauf, bei wärmeabgebender Reaktion, gekühlt werden. Solche Prozessbedingungen erfordern eine schnelle und kontrollierte Wärmezufuhr oder -abfuhr durch die Behälterwand. Ein zu langsames Gegensteuern, kann zur Zersetzungen des Produktes oder zu einem thermischen Durchgehen der Reaktion führen. Weiterhin muss der Reaktor im Batchbetrieb, vor einem Neustart, auf die Anfangstemperatur heruntergekühlt und vorsichtig unter Ausgleich von möglichen Druckschwankungen neu befüllt werden.

Bei konventionellen Beheizungssystemen an der Außenseite eines Druckbehälters – wie Halbrohrschlange oder Doppelmantel – muss die Wärme durch eine dickwandige Behälterwand geleitet werden. Dagegen kann das von Lob entwickelte WTP-System nun auch auf der Innenwand eines Behälters eingesetzt werden – verbunden mit geringen Blechstärken von nur 1,5 mm bis 2,5 mm. So wird der thermische Widerstand, welcher durch die Wärmeleitfähigkeit des Materials und der Wanddicke der Behälterwand vorgegeben ist, deutlich reduziert. Die verbesserte Wärmeleitung und der hohe Wärmeübergangskoeffizient im Inneren des WTP-Systems ermöglichen, je nach Anwendungsfall, dass beim WTP-Innenmantel gegenüber doppelwandigen Stahlbehältern über die zweifache Wärmemenge und gegenüber Edelstahlbehältern fast die dreifache Wärmemenge in den Behälter eingebracht werden kann. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung der Batchzeiten.

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Die im Vergleich zum Doppelmantel um 50 % reduzierte Masse des Behälters hat den Vorteil, dass insbesondere bei exothermen Reaktionen weniger Energie benötigt wird, um den Behälter auf- bzw. abzukühlen. Die bei Batchprozessen auftretenden Totzeiten für das Abkühlen, Entleeren, Befüllen und erneutes Temperieren können zwischen den einzelnen Batchprozessen erheblich verkürzt und die Wirtschaftlichkeit stark verbessert werden.

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